FR3080677A1 - TOPOGRAPHIC MEASURING DEVICE - Google Patents

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FR3080677A1 FR1853760A FR1853760A FR3080677A1 FR 3080677 A1 FR3080677 A1 FR 3080677A1 FR 1853760 A FR1853760 A FR 1853760A FR 1853760 A FR1853760 A FR 1853760A FR 3080677 A1 FR3080677 A1 FR 3080677A1
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Abstract

Le dispositif de mesure (1) de topographie de la surface d'un échantillon comporte un projecteur (3) qui projette une image structurée sur la surface de l'échantillon. Une caméra (4) observe l'image projetée à la surface de l'échantillon. Un dispositif de chauffage (6) applique une rampe de température sur l'échantillon. Un premier dispositif optique (8a) disposé selon l'axe optique du projecteur (3) vient modifier l'image émise par le projecteur (3) et l'appliquer sur l'échantillon. Le premier dispositif optique (8a) comportant plusieurs lentilles distinctes définissant des grossissements différents. Les lentilles sont montées mobiles entre elles. Un deuxième dispositif optique (8b) est disposé selon l'axe optique de la caméra (4) pour modifier la dimension de la zone d'observation sur la surface de l'échantillon. Le deuxième dispositif optique comporte plusieurs lentilles distinctes qui présentent des grossissements différents. Les lentilles sont montées mobiles pour définir plusieurs zones d'observation de tailles différentes.The measuring device (1) for surveying the surface of a sample comprises a projector (3) which projects a structured image onto the surface of the sample. A camera (4) observes the image projected on the surface of the sample. A heater (6) applies a temperature ramp to the sample. A first optical device (8a) arranged along the optical axis of the projector (3) modifies the image emitted by the projector (3) and applies it to the sample. The first optical device (8a) having a plurality of different lenses defining different magnifications. The lenses are mounted mobile between them. A second optical device (8b) is disposed along the optical axis of the camera (4) to change the size of the viewing area on the surface of the sample. The second optical device has a plurality of different lenses that have different magnifications. The lenses are movably mounted to define multiple viewing areas of different sizes.

Description

DISPOSITIF DE MESURE TOPOGRAPHIQUETOPOGRAPHIC MEASURING DEVICE

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention a trait à un dispositif de mesure de topographie d’une surface d’un système.The present invention relates to a device for measuring the topography of a surface of a system.

État de la techniqueState of the art

Afin de mieux connaître les possibles défaillances d’un circuit électronique et plus généralement d’un système électronique, il est particulièrement avantageux d’analyser et de quantifier ses évolutions topographies à différentes températures et notamment lors d’une rampe en température. Cela permet notamment de déterminer quelles sont les zones les plus contraintes et qui sont amenées à se déformer lors des multiples évolutions de température que connaît un circuit électronique au cours de sa fabrication et de son utilisation.In order to better understand the possible failures of an electronic circuit and more generally of an electronic system, it is particularly advantageous to analyze and quantify its topographic changes at different temperatures and in particular during a temperature ramp. This makes it possible in particular to determine which are the most constrained zones and which are caused to deform during the multiple temperature changes experienced by an electronic circuit during its manufacture and use.

La mesure de topographie de surface conduit classiquement à soumettre le système électronique à un profil de température compris entre -60°C et 300°C. A titre d’exemple, la vitesse de variation de température est de l’ordre de ± 3°C/s. La mesure de topographie de surface doit s’effectuer idéalement de manière continue, c’est-à-dire sans attendre l’établissement de l’équilibre thermique après chaque variation de température, et ce afin de réduire la durée de l’opération et de simuler le profil de température le plus proche de la réalité.The measurement of surface topography conventionally leads to subjecting the electronic system to a temperature profile of between -60 ° C and 300 ° C. For example, the temperature variation speed is around ± 3 ° C / s. The surface topography measurement should ideally be carried out continuously, i.e. without waiting for the thermal equilibrium to be established after each temperature variation, in order to reduce the duration of the operation and to simulate the temperature profile closest to reality.

De manière classique, un échantillon est soumis à une rampe de température et l’évolution de sa topographie est mesurée régulièrement au cours du temps, c’est-à-dire à différentes températures. Pour quantifier le plus précisément possible l'évolution de la topographie de l'échantillon, il est connu de réaliser une première rampe en température dans laquelle l'intégralité de la zone d’intérêt de l'échantillon est observée afin de connaître le comportement global de la zone d’intérêt.Conventionally, a sample is subjected to a temperature ramp and the change in its topography is measured regularly over time, that is to say at different temperatures. To quantify as precisely as possible the evolution of the topography of the sample, it is known to make a first temperature ramp in which the entire area of interest of the sample is observed in order to know the overall behavior of the area of interest.

Lors de la rampe en température, un projecteur émet une séquence de motifs qui sont projetés sur l’échantillon à mesurer. Une caméra acquiert une image de chaque motif qui se trouve déformé sur la surface de la pièce à mesurer. Un algorithme de traitement d'images permet de calculer l'altitude qui correspond à la portion de l'échantillon en cours d'observation par la caméra. L'analyse est réalisée pixel par pixel. Il est alors possible d'obtenir une topographie de surface de l'échantillon en cours de mesure.During the temperature ramp, a projector emits a sequence of patterns which are projected onto the sample to be measured. A camera acquires an image of each pattern which is distorted on the surface of the part to be measured. An image processing algorithm calculates the altitude which corresponds to the portion of the sample being observed by the camera. The analysis is carried out pixel by pixel. It is then possible to obtain a surface topography of the sample being measured.

Selon la taille de la pièce à observer, il est connu d'ajuster le type de la caméra ainsi que l'optique du projecteur pour que ce dernier projette une image qui couvre toute la zone à mesurer. L'intersection du cône d'observation par la caméra et du cône d'illumination depuis le projecteur permet de déterminer un volume dans l'espace. Ce volume correspond au volume maximal mesurable. En pratique, ce volume maximal est beaucoup plus restreint car il est également nécessaire que l'image fournie par le projecteur ainsi que l'image récupérée par la caméra soient nettes. Il est également nécessaire que l'algorithme de traitement d'image soit en mesure de reconnaître la géométrie et les paramètres optiques utilisés. Il est donc particulièrement important de bien calibrer les caractéristiques optiques du projecteur avec celles de la caméra.Depending on the size of the room to be observed, it is known to adjust the type of camera and the optics of the projector so that the latter projects an image which covers the entire area to be measured. The intersection of the cone of observation by the camera and the cone of illumination from the projector makes it possible to determine a volume in space. This volume corresponds to the maximum measurable volume. In practice, this maximum volume is much more limited since it is also necessary that the image supplied by the projector as well as the image recovered by the camera are clear. It is also necessary that the image processing algorithm is able to recognize the geometry and the optical parameters used. It is therefore particularly important to properly calibrate the optical characteristics of the projector with those of the camera.

Pour réaliser des mesures successives avec des résolutions en Z différentes, le dispositif de mesure doit être partiellement démonté afin de modifier l’optique de la caméra et l’optique du projecteur. Cette modification du dispositif de mesure permet, par exemple, de réduire la surface de la zone d'analyse à une portion de l'échantillon et d’augmenter la résolution de la mesure. L’échantillon est réintroduit dans le dispositif de mesure, avant ou après la calibration des nouveaux optiques par rapport à la platine qui supporte l’échantillon.To carry out successive measurements with different Z resolutions, the measurement device must be partially disassembled in order to modify the camera optics and the projector optics. This modification of the measurement device makes it possible, for example, to reduce the surface of the analysis area to a portion of the sample and to increase the resolution of the measurement. The sample is reintroduced into the measuring device, before or after the calibration of the new optics with respect to the stage which supports the sample.

L’échantillon est de nouveau soumis à la rampe de température et une portion de la zone d’intérêt est analysée. Ces opérations sont répétées à chaque fois qu’il est nécessaire de changer la résolution de la mesure ce qui nécessite de changer les optiques de la caméra et du projecteur.The sample is again subjected to the temperature ramp and a portion of the area of interest is analyzed. These operations are repeated each time it is necessary to change the resolution of the measurement, which requires changing the optics of the camera and the projector.

Il en résulte que la mesure des différentes configurations recherchées pour quantifier raisonnablement un échantillon est relativement longue. Par ailleurs, l’échantillon est soumis à plusieurs rampes en température ce qui peut fausser la comparaison des résultats successifs.As a result, the measurement of the various configurations sought to reasonably quantify a sample is relatively long. In addition, the sample is subjected to several temperature ramps which can distort the comparison of successive results.

Objet de l'inventionSubject of the invention

Un objet de l’invention consiste à remédier à ces inconvénients, et à prévoir un dispositif de mesure topographique permettant de mesurer différentes résolutions en Z plus rapidement.An object of the invention is to remedy these drawbacks, and to provide a topographic measurement device making it possible to measure different resolutions in Z more quickly.

On tend vers cet objet au moyen d’un dispositif de mesure de topographie d’une surface d’un échantillon comportant :We tend towards this object by means of a device for measuring the topography of a surface of a sample comprising:

• au moins un projecteur configuré pour émettre une lumière structurée destinée à être pour projetée sur la surface de l’échantillon, • au moins une caméra configurée pour observer ladite lumière structurée projetée à la surface de l’échantillon, • un dispositif de chauffage ou de refroidissement configuré pour appliquer une rampe de température à l’échantillon dans l’enceinte,• at least one projector configured to emit structured light intended to be projected onto the surface of the sample, • at least one camera configured to observe said structured light projected onto the surface of the sample, • a heating device or cooling configured to apply a temperature ramp to the sample in the enclosure,

Le dispositif de mesure est remarquable en ce qu’il comporte :The measuring device is remarkable in that it includes:

• un premier dispositif optique disposé selon l’axe optique du projecteur entre le projecteur et l’échantillon, le premier dispositif optique présentant plusieurs grossissements différents au moyen de plusieurs premières lentilles distinctes, les premières lentilles étant montées mobiles les unes par rapport aux autres afin de fournir différentes résolutions de la lumière structurée, • un deuxième dispositif optique disposé selon l’axe optique de la caméra entre la caméra et l’échantillon, le deuxième dispositif optique présentant plusieurs grossissements différents au moyen de plusieurs deuxièmes lentilles distinctes, les deuxièmes lentilles étant montées mobiles les unes par rapport aux autres afin de fournir différentes résolutions de la caméra.• a first optical device disposed along the optical axis of the projector between the projector and the sample, the first optical device having several different magnifications by means of several first separate lenses, the first lenses being mounted movable relative to each other so to provide different resolutions of structured light, • a second optical device arranged along the optical axis of the camera between the camera and the sample, the second optical device having several different magnifications by means of several separate second lenses, the second lenses being mounted movable relative to each other to provide different resolutions of the camera.

Selon un développement, le dispositif de mesure comporte une enceinte destinée à recevoir l’échantillon. Le dispositif de chauffage ou de refroidissement est configuré pour moduler la température à l’intérieur de l’enceinte. Le projecteur, la caméra et les premier et deuxième dispositifs optiques sont disposés hors de l’enceinte.According to one development, the measuring device comprises an enclosure intended to receive the sample. The heating or cooling device is configured to modulate the temperature inside the enclosure. The projector, the camera and the first and second optical devices are disposed outside the enclosure.

Dans un mode de réalisation particulier :In a particular embodiment:

- le premier dispositif optique comporte un moteur configuré pour modifier la lentille active parmi les premières lentilles,the first optical device comprises a motor configured to modify the active lens among the first lenses,

- le deuxième dispositif optique comporte un moteur configuré pour modifier la lentille active parmi les deuxièmes lentilles,the second optical device comprises a motor configured to modify the active lens from among the second lenses,

- un circuit de commande connecté au premier dispositif optique et au deuxième dispositif optique et configuré pour changer la lentille active parmi les premières lentilles et pour changer la lentille active parmi les deuxièmes lentilles en réponse à une instruction d’un utilisateur, le circuit de commande étant configuré pour faire évoluer les grossissements des premières et deuxièmes lentilles actives de la même manière.a control circuit connected to the first optical device and to the second optical device and configured to change the active lens from among the first lenses and to change the active lens from among the second lenses in response to an instruction from a user, the control circuit being configured to change the magnifications of the first and second active lenses in the same way.

Préférentiellement, le premier dispositif optique comporte une pluralité de premières lentilles présentant des distances focales différentes les unes par rapport aux autres. Le dispositif de mesure comporte un moyen de déplacement du premier dispositif optique selon l’axe optique du projecteur selon une pluralité de positions différentes prédéfinies. Le circuit de commande est configuré pour disposer le premier dispositif optique à une position prédéfinie telle qu’un point focal de la lentille active des premières lentilles soit disposé à la surface de l’échantillon.Preferably, the first optical device comprises a plurality of first lenses having different focal distances from each other. The measurement device comprises means for moving the first optical device along the optical axis of the projector according to a plurality of different predefined positions. The control circuit is configured to place the first optical device in a predefined position such that a focal point of the active lens of the first lenses is disposed on the surface of the sample.

Dans un mode de réalisation avantageux, le deuxième dispositif optique comporte une pluralité de deuxièmes lentilles configurées pour présenter des distances focales différentes les unes par rapport aux autres. Le dispositif de mesure comporte un moyen de déplacement du deuxième dispositif optique selon l’axe optique de la caméra selon une pluralité de positions différentes prédéfinies. Le circuit de commande est configuré pour disposer le deuxième dispositif optique à une position prédéfinie telle qu’un point focal de la lentille active des deuxièmes lentilles soit disposé à la surface de l’échantillon.In an advantageous embodiment, the second optical device comprises a plurality of second lenses configured to have different focal distances from each other. The measuring device comprises means for moving the second optical device along the optical axis of the camera according to a plurality of different predefined positions. The control circuit is configured to place the second optical device in a predefined position such that a focal point of the active lens of the second lenses is disposed on the surface of the sample.

Dans un autre développement, la caméra, le projecteur, le premier dispositif optique et le deuxième dispositif optique sont montés sur un déplaceur configuré pour déplacer simultanément le premier dispositif optique avec le projecteur et/ou le deuxième dispositif optique avec la caméra selon une direction ou deux directions distinctes parallèles à la surface de l’échantillon.In another development, the camera, the projector, the first optical device and the second optical device are mounted on a displacer configured to simultaneously move the first optical device with the projector and / or the second optical device with the camera in a direction or two separate directions parallel to the surface of the sample.

Il est encore avantageux de prévoir un dispositif de mesure qui comporte une soufflante configurée pour appliquer un flux de gaz à la surface externe d’une paroi transparente de l’enceinte, l’axe optique du projecteur et l’axe optique de la caméra traversant la paroi transparente.It is also advantageous to provide a measuring device which comprises a blower configured to apply a flow of gas to the external surface of a transparent wall of the enclosure, the optical axis of the projector and the optical axis of the camera passing through. the transparent wall.

L’invention a également pour objet un procédé de mesure qui est plus rapide que les procédés de l’art antérieur car il permet de réaliser des mesures avec des résolutions en Z différentes lors d’une rampe en température.The invention also relates to a measurement method which is faster than the methods of the prior art because it makes it possible to carry out measurements with different Z resolutions during a temperature ramp.

Le procédé de mesure d’un échantillon est remarquable en ce qu’il comporte :The method of measuring a sample is remarkable in that it includes:

- fournir un échantillon,- provide a sample,

- appliquer un premier gradient thermique à l’échantillon, l’échantillon ayant une température qui évolue depuis une première température jusqu’à une deuxième température différente de la première température,- apply a first thermal gradient to the sample, the sample having a temperature which changes from a first temperature to a second temperature different from the first temperature,

- projeter une lumière structurée à la surface de l’échantillon au moyen d’un projecteur et d’un premier dispositif optique appliquant au moins un premier grandissement,- project a structured light onto the surface of the sample using a projector and a first optical device applying at least a first magnification,

- observer ladite lumière structurée projetée à la surface de l’échantillon au moyen d’une caméra et d’un deuxième dispositif optique appliquant au moins un deuxième grandissement.- observe said structured light projected onto the surface of the sample by means of a camera and a second optical device applying at least a second magnification.

Avantageusement, durant la rampe de température, le premier dispositif optique modifie la valeur du premier grandissement et le deuxième dispositif optique modifie la valeur du deuxième grandissement pour modifier la dimension du champ de vue et la résolution perpendiculairement à la surface de l’échantillon.Advantageously, during the temperature ramp, the first optical device modifies the value of the first magnification and the second optical device modifies the value of the second magnification to modify the size of the field of view and the resolution perpendicular to the surface of the sample.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples and represented in the appended drawings, in which:

- les figures 1 et 2 représentent, de manière schématique, deux vues en perspectives d’un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIGS. 1 and 2 schematically represent two perspective views of an embodiment of a measuring device according to the invention,

- la figure 3 représente, de manière schématique, une vue de côté d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIG. 3 schematically represents a side view of a measuring device according to the invention,

- la figure 4 représente, de manière schématique, une vue de face d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIG. 4 schematically represents a front view of a measuring device according to the invention,

- la figure 5 représente, de manière schématique, une vue de dessus d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIG. 5 schematically represents a top view of a measuring device according to the invention,

- la figure 6 représente, de manière schématique, une vue de dos d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIG. 6 schematically represents a rear view of a measuring device according to the invention,

- la figure 7 représente, de manière schématique, une vue de côté d’un autre mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention,FIG. 7 schematically represents a side view of another embodiment of a measuring device according to the invention,

- la figure 8 représente, de manière schématique, une vue en perspective d’un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention.- Figure 8 shows, schematically, a perspective view of an embodiment of a measuring device according to the invention.

Description d’un mode de réalisation préférentiel de l’inventionDescription of a preferred embodiment of the invention

Le dispositif de mesure est un dispositif de mesure de topographie d’une surface d’un système également appelé échantillon.The measuring device is a device for measuring the topography of a surface of a system also called a sample.

Un tel dispositif de mesure est principalement utilisé pour étudier la fiabilité et les modes de défaillance du système. Par « surface », on entend la partie extérieure du système qui circonscrit le volume occupé par celui-ci. La surface peut donc être à 3 dimensions. On ne se limite donc pas à la définition mathématique de « surface » qui est une entité à 2 dimensions.Such a measurement device is mainly used to study the reliability and the failure modes of the system. By "surface" is meant the outer part of the system which circumscribes the volume occupied by it. The surface can therefore be 3-dimensional. We are therefore not limited to the mathematical definition of "surface" which is a 2-dimensional entity.

Le système peut appartenir à différents domaines techniques. A titre d’exemples non limitatifs, on peut citer l’électronique, en particulier la microélectronique, l’automobile, l’aérospatiale, le secteur médical. Dans le domaine de la microélectronique, le système peut être par exemple une tranche semi-conductrice (« wafer» en langue anglaise), un connecteur, un support (« socket» en langue anglaise), un circuit imprimé, un carré (« die » en langue anglaise) de circuit imprimé, une matrice de billes (« Bail Grid Array-BGA-» en langue anglaise), l’encapsulation d’un circuit imprimé (« Package on package PoP- » en langue anglaise)The system can belong to different technical fields. By way of nonlimiting examples, mention may be made of electronics, in particular microelectronics, the automobile industry, aerospace, the medical sector. In the field of microelectronics, the system may for example be a semiconductor wafer ("wafer" in English), a connector, a support ("socket" in English), a printed circuit, a square ("die "In English) printed circuit board, a matrix of balls (" Bail Grid Array-BGA- "in English language), the encapsulation of a printed circuit (" Package on package PoP- "in English language)

Le dispositif 1 illustré aux figures 1 à 8 est un dispositif 1 de mesure de topographie d’une surface d’un échantillon (non illustré), le dispositif 1 comportant :The device 1 illustrated in FIGS. 1 to 8 is a device 1 for measuring the topography of a surface of a sample (not shown), the device 1 comprising:

- une enceinte 2 adaptée pour recevoir le système, l’enceinte 2 comprenant une partie transparente 20 dans le domaine visible,an enclosure 2 adapted to receive the system, the enclosure 2 comprising a transparent part 20 in the visible range,

- des moyens de chauffage agencés dans et/ou hors de l’enceinte 2 pour chauffer l’échantillon,- heating means arranged in and / or outside the enclosure 2 to heat the sample,

- des moyens de projection agencés hors de l’enceinte 2 pour projeter une lumière structurée dans le domaine visible à la surface du système et à travers la partie transparente 20 de l’enceinte 2, les moyens de projection comportant au moins un projecteur 3,- projection means arranged outside the enclosure 2 for projecting structured light in the visible range on the surface of the system and through the transparent part 20 of the enclosure 2, the projection means comprising at least one projector 3,

- des moyens de capture d’image agencés hors de l’enceinte 2 pour capturer la lumière structurée réfléchie par la surface du système et se propageant à travers la partie transparente 20 de l’enceinte 2. Les moyens de capture d’image comportant au moins une caméra 4.- image capture means arranged outside the enclosure 2 to capture the structured light reflected by the surface of the system and propagating through the transparent part 20 of the enclosure 2. The image capture means comprising at minus a camera 4.

L’enceinte 2 du dispositif 1 comporte au moins une paroi interne séparant l’intérieur de l’enceinte comportant l’échantillon et l’extérieur de l’enceinte où sont installés les moyens de projection et moyens de capture d’image.The enclosure 2 of the device 1 comprises at least one internal wall separating the interior of the enclosure containing the sample and the exterior of the enclosure where the projection means and image capture means are installed.

La partie transparente 20 de l’enceinte 2 comporte avantageusement :The transparent part 20 of the enclosure 2 advantageously comprises:

- une première surface vitrée à travers laquelle est projetée la lumière structurée,- a first glazed surface through which the structured light is projected,

- une seconde surface vitrée à travers laquelle se propage la lumière structurée réfléchie par la surface du système.- a second glass surface through which the structured light reflected by the system surface is propagated.

Les moyens de projection comportent avantageusement un projecteur 3 agencé hors de l’enceinte 2 pour projeter la lumière structurée dans le domaine visible à la surface du système et à travers la partie transparente 20 de l’enceinte 2, plus précisément à travers la première surface vitrée de l’enceinte 2.The projection means advantageously include a projector 3 arranged outside the enclosure 2 to project the structured light in the visible range on the surface of the system and through the transparent part 20 of the enclosure 2, more precisely through the first surface enclosure glass 2.

La lumière structurée forme avantageusement un réseau de franges de moiré. Dans un mode de réalisation, le projecteur émet directement un réseau de franges de moiré. Dans une variante de réalisation, la lumière structurée est formée au moyen d’un masque qui est traversé par la lumière provenant du projecteur. Le masque comporte des ouvertures et des zones opaques, par exemple sous la forme d’un réseau de Ronchi. Il est également possible de combiner ces deux techniques.The structured light advantageously forms a network of moiré fringes. In one embodiment, the projector directly emits a network of moiré fringes. In an alternative embodiment, the structured light is formed by means of a mask which is crossed by the light coming from the projector. The mask has openings and opaque areas, for example in the form of a Ronchi network. It is also possible to combine these two techniques.

Les moyens de capture d’image comportent avantageusement une caméra 4 agencée hors de l’enceinte 2 pour capturer la lumière structurée réfléchie par la surface du système et se propageant à travers la partie transparente 20 de l’enceinte 2, plus précisément à travers la seconde surface vitrée de l’enceinteThe image capture means advantageously comprise a camera 4 arranged outside the enclosure 2 to capture the structured light reflected by the surface of the system and propagating through the transparent part 20 of the enclosure 2, more precisely through the second glass surface of the enclosure

2. La caméra 4 est adaptée pour fournir les mesures de topographie de la surface du système à partir de la lumière structurée capturée.2. Camera 4 is adapted to provide topography measurements of the system surface from the captured structured light.

Le dispositif 1 comporte avantageusement des moyens de chauffage et/ou de refroidissement qui sont configurés pour moduler la température de l’échantillon depuis une première température vers une deuxième température différente de la première température. Les moyens de chauffage et/ou de refroidissement sont configurés pour appliquer au moins une rampe en température à l’échantillon. Lors d’une étape de chauffage, la première température est inférieure à la deuxième température. Lors d’une étape de refroidissement, la première température est supérieure à la deuxième température.The device 1 advantageously includes heating and / or cooling means which are configured to modulate the temperature of the sample from a first temperature to a second temperature different from the first temperature. The heating and / or cooling means are configured to apply at least one temperature ramp to the sample. During a heating step, the first temperature is lower than the second temperature. During a cooling step, the first temperature is higher than the second temperature.

Il est également possible de prévoir que les moyens de chauffage et/ou de refroidissement comportent des moyens d’injection agencés pour injecter un fluide à l’intérieur de l’enceinte 2. Le fluide peut être chauffé préalablement à son introduction dans l’enceinte 2 afin de chauffer l’échantillon. Il est également possible de refroidir le fluide préalablement à son introduction dans l’enceinte 2 afin de refroidir l’échantillon.It is also possible to provide that the heating and / or cooling means comprise injection means arranged to inject a fluid inside the enclosure 2. The fluid can be heated prior to its introduction into the enclosure 2 to heat the sample. It is also possible to cool the fluid prior to its introduction into enclosure 2 in order to cool the sample.

Pour refroidir l’échantillon, le fluide est avantageusement de l’air ou de l’azote liquide. Le fluide est avantageusement à température ambiante, par exemple entre 20°C et 30°C ou réfrigéré par exemple à une température inférieure à 80°C. Pour chauffer l’échantillon, le fluide est avantageusement de l’air ou un gaz neutre tel que de l’azote ou de l’argon.To cool the sample, the fluid is advantageously air or liquid nitrogen. The fluid is advantageously at room temperature, for example between 20 ° C and 30 ° C or refrigerated for example at a temperature below 80 ° C. To heat the sample, the fluid is advantageously air or a neutral gas such as nitrogen or argon.

Le dispositif de mesure peut comporter des moyens d’expulsion agencés pour expulser un fluide hors de l’enceinte 2.The measuring device may include expulsion means arranged to expel a fluid out of the enclosure 2.

Les moyens d’injection comportent avantageusement :The injection means advantageously include:

- des ventilateurs 6 et 7 agencés pour injecter de l’air à température ambiante à l’intérieur de l’enceinte 2,- fans 6 and 7 arranged to inject air at room temperature inside the enclosure 2,

- des distributeurs de fluide agencés pour distribuer l’air injecté par les ventilateurs 6 et 7 à l’intérieur de l’enceinte 2.- fluid distributors arranged to distribute the air injected by the fans 6 and 7 inside the enclosure 2.

Les distributeurs de fluide comportent avantageusement plusieurs séries d’orifices ménagés en leur sein agencées pour diriger l’air des ventilateurs 6 selon différentes directions de manière à homogénéiser le chauffage et le refroidissement à l’intérieur de l’enceinte 2.The fluid distributors advantageously comprise several series of orifices arranged within them arranged to direct the air of the fans 6 in different directions so as to homogenize the heating and the cooling inside the enclosure 2.

La vitesse de variation en température pour le refroidissement peut être de l’ordre de -3°C/s pour des températures supérieures à 120°C. Les moyens d’expulsion comportent avantageusement un conduit principal comprenant deux conduits secondaires. Chaque conduit secondaire présente une première extrémité débouchant dans le conduit principal, et une seconde extrémité débouchant dans une hotte présente dans l’enceinte 2.The rate of temperature variation for cooling can be of the order of -3 ° C / s for temperatures above 120 ° C. The expulsion means advantageously comprise a main conduit comprising two secondary conduits. Each secondary duct has a first end opening into the main duct, and a second end opening into a hood present in the enclosure 2.

Les moyens de chauffage sont avantageusement des moyens de chauffage infrarouge. Les moyens de chauffage infrarouge comportent avantageusement des lampes à infrarouge. Les moyens de chauffage infrarouge sont agencés à l’intérieur de l’enceinte 2 de manière à améliorer l’homogénéité thermique dans l’enceinte 2. Plus précisément, les lampes à infrarouge sont destinées à être agencées sous le système. Les moyens de chauffage infrarouge comportent avantageusement des lampes à infrarouge montées sur la hotte. Les lampes à infrarouge sont destinées à être agencées au-dessus du système. Les moyens de chauffage infrarouge sont avantageusement adaptés pour chauffer le système jusqu’à une température de 400°C. Les moyens d’injection et les moyens d’expulsion sont avantageusement adaptés pour refroidir le système jusqu’à une température de -60°C.The heating means are advantageously infrared heating means. The infrared heating means advantageously include infrared lamps. The infrared heating means are arranged inside the enclosure 2 so as to improve the thermal homogeneity in the enclosure 2. More specifically, the infrared lamps are intended to be arranged under the system. The infrared heating means advantageously include infrared lamps mounted on the hood. The infrared lamps are intended to be arranged above the system. The infrared heating means are advantageously adapted to heat the system up to a temperature of 400 ° C. The injection means and the expulsion means are advantageously adapted to cool the system to a temperature of -60 ° C.

Il apparaît qu’un tel dispositif de mesure est particulièrement pratique pour mesurer la déformation d’un échantillon. Cependant, par définition, un échantillon n’est pas isotrope et son comportement évolue selon les endroits de sorte qu’il est particulièrement intéressant de connaître et quantifier l’évolution de la déformation de l’échantillon dans sa globalité ainsi que l’évolution de l’échantillon au niveau d’une ou plusieurs zones précises, de préférence avec des résolutions en Z différentes.It appears that such a measuring device is particularly practical for measuring the deformation of a sample. However, by definition, a sample is not isotropic and its behavior changes according to the places so that it is particularly interesting to know and quantify the evolution of the deformation of the sample as a whole as well as the evolution of the sample at one or more precise zones, preferably with different Z resolutions.

Il est donc particulièrement avantageux de pourvoir mesurer différentes surfaces de l’échantillon afin de pouvoir discriminer l’évolution de la topographie pour tout le système et l’évolution de la topographie pour une zone plus spécifique. Il est alors possible d’identifier qu’une zone spécifique possède un comportement différent du reste du système et identifier une éventuelle zone de défaillance privilégiée.It is therefore particularly advantageous to be able to measure different surfaces of the sample in order to be able to discriminate the evolution of the topography for the entire system and the evolution of the topography for a more specific area. It is then possible to identify that a specific zone behaves differently from the rest of the system and identify a possible privileged failure zone.

Pour un capteur formé par un couple caméra 4 et projecteur 3, la résolution selon les axes X et Y dépend du grandissement défini par l'optique de la caméra ainsi que dans une moindre mesure du grandissement défini par l'optique du projecteur 3. Il apparaît également que la résolution selon Z dépend principalement du grandissement de l'optique associé au projecteur 3.For a sensor formed by a pair of camera 4 and projector 3, the resolution along the X and Y axes depends on the magnification defined by the optics of the camera as well as, to a lesser extent, the magnification defined by the optics of the projector 3. It It also appears that the resolution along Z depends mainly on the magnification of the optics associated with projector 3.

Les inventeurs ont observé que le grandissement de l'optique associée au projecteur 3 permet de déterminer la finesse des motifs projetés et donc de définir la résolution selon l'axe Z. il apparaît que la résolution de la caméra 4 dépend du champ de mesure, c’est-à-dire de la surface observée par la caméra 4 et de la surface éclairée par le projecteur 3. L’axe Z correspond à la perpendiculaire à la surface du porte-échantillon ce qui correspond l’axe optique de la caméra ou sensiblement à l’axe optique de la caméra 4.The inventors have observed that the magnification of the optics associated with the projector 3 makes it possible to determine the fineness of the projected patterns and therefore to define the resolution along the Z axis. It appears that the resolution of the camera 4 depends on the measurement field, that is to say of the surface observed by the camera 4 and of the surface illuminated by the projector 3. The axis Z corresponds to the perpendicular to the surface of the sample holder which corresponds to the optical axis of the camera or substantially to the optical axis of the camera 4.

Afin d’améliorer l’ergonomie du dispositif de mesure 1, les inventeurs proposent de fournir un dispositif de mesure qui possède plusieurs champs de mesure différents afin de définir des configurations proposant des résolutions différentes selon l’axe Z.In order to improve the ergonomics of the measurement device 1, the inventors propose to provide a measurement device which has several different measurement fields in order to define configurations offering different resolutions along the Z axis.

La caméra 4 possède une résolution définie par son capteur qui transforme une information lumineuse en une information électrique. En choisissant judicieusement l’optique placée entre l’échantillon et le capteur, il est possible de définir la zone d’analyse et la quantité d’informations à traiter en sortie de la caméra pour quantifier cette zone d’analyse.The camera 4 has a resolution defined by its sensor which transforms light information into electrical information. By judiciously choosing the optics placed between the sample and the sensor, it is possible to define the analysis zone and the amount of information to be processed at the camera output to quantify this analysis zone.

Il est également judicieux d’adapter l’optique qui se trouve entre le projecteur de lumière structurée et l’échantillon afin d’adapter la distance entre les franges et l’épaisseur des franges pour définir la résolution en Z maximale autorisée par le projecteur 3.It is also a good idea to adapt the optics between the structured light projector and the sample in order to adapt the distance between the fringes and the thickness of the fringes to define the maximum Z resolution allowed by the projector 3 .

Afin de faciliter l’analyse d’un échantillon, il est particulièrement avantageux d’adapter la résolution du réseau de franges présent dans la lumière structurée à la résolution de la caméra.In order to facilitate the analysis of a sample, it is particularly advantageous to adapt the resolution of the network of fringes present in the structured light to the resolution of the camera.

Les inventeurs proposent d'utiliser un premier dispositif optique disposé selon l’axe optique du projecteur 3 de manière à modifier l’image émise par le projecteur 3 et appliquer cette image sur la surface de l’échantillon à tester. Le premier dispositif optique comporte une pluralité de premières lentilles distinctes. Les multiples premières lentilles présentent des grossissements différents ce qui permet de projeter l'image à observer et analyser sur une portion plus ou moins importante de l'échantillon avec des caractéristiques de franges différentes. De cette manière, en modifiant la lentille active du jeu de premières lentilles, il est possible d'éclairer tout l'échantillon ou uniquement une partie plus ou moins importante de l'échantillon.The inventors propose to use a first optical device arranged along the optical axis of the projector 3 so as to modify the image emitted by the projector 3 and apply this image to the surface of the sample to be tested. The first optical device includes a plurality of first separate lenses. The multiple first lenses have different magnifications which makes it possible to project the image to be observed and analyzed on a more or less large portion of the sample with different fringe characteristics. In this way, by modifying the active lens of the set of first lenses, it is possible to illuminate the entire sample or only a more or less significant part of the sample.

Lorsque le projecteur 3 émet directement la lumière structurée, la modification du grossissement appliqué par le premier dispositif optique permet de modifier les caractéristiques du réseau de la lumière structurée, c’est-à-dire le pas de répétition entre les franges et la largeur des franges. La modification du grossissement permet de modifier simplement la résolution de la lumière structurée sans devoir modifier le projecteur 3 ce qui facilite la réalisation et l’utilisation du projecteur. Cette configuration permet d’avoir un projecteur plus stable et d’augmenter la répétabilité des mesures car les caractéristiques de la lumière structurée en sortie immédiate du projecteur 3 ne changent pas.When the projector 3 directly emits the structured light, the modification of the magnification applied by the first optical device makes it possible to modify the characteristics of the network of the structured light, that is to say the repetition step between the fringes and the width of the fringes. Changing the magnification allows you to simply change the resolution of the structured light without having to change the projector 3, which makes it easier to make and use the projector. This configuration makes it possible to have a more stable projector and to increase the repeatability of the measurements because the characteristics of the structured light immediately leaving the projector 3 do not change.

Le dispositif de mesure comporte avantageusement un deuxième dispositif optique disposé selon l’axe optique de la caméra 4 de manière à modifier la dimension de la zone observée par la caméra sur la surface de l’échantillon à tester. Le deuxième dispositif optique comporte une pluralité de deuxièmes lentilles distinctes et qui présentent des grossissements différents.The measurement device advantageously comprises a second optical device arranged along the optical axis of the camera 4 so as to modify the dimension of the area observed by the camera on the surface of the sample to be tested. The second optical device comprises a plurality of separate second lenses which have different magnifications.

La modulation du grossissement appliqué par le deuxième dispositif optique permet de modifier la résolution de la caméra 4 de manière à s’adapter à la résolution de la lumière structurée.The modulation of the magnification applied by the second optical device makes it possible to modify the resolution of the camera 4 so as to adapt to the resolution of the structured light.

De cette manière, en modifiant le jeu de deuxièmes lentilles, il est possible d’observer tout l'échantillon ou uniquement une partie de l'échantillon. Il est particulièrement avantageux d'adapter la dimension de la zone observée à la dimension de l'image qui est projetée sur l'échantillon. En effet, il est très difficile de récupérer une information exploitable si la caméra 4 est configurée pour observer une zone dépourvue de l'image projetée par le projecteur 3. Cela nécessite un travail supplémentaire de traitement de l’image. Il est donc particulièrement avantageux d’analyser une image complète au lieu d’une portion d’image.In this way, by modifying the set of second lenses, it is possible to observe the entire sample or only part of the sample. It is particularly advantageous to adapt the dimension of the area observed to the dimension of the image which is projected onto the sample. Indeed, it is very difficult to recover usable information if the camera 4 is configured to observe an area devoid of the image projected by the projector 3. This requires additional image processing work. It is therefore particularly advantageous to analyze a complete image instead of an image portion.

Le premier dispositif optique et le deuxième dispositif optique possèdent chacun des jeux de lentilles qui sont configurés mobiles les uns par rapport aux autres et qui sont chacun actionnés par un moteur de sorte que le basculement d’une première ou deuxième lentille à une autre soit automatisé et indexé. Il est alors possible de changer rapidement le grossissement appliqué par le projecteur 3 ainsi que le grossissement appliqué par la caméra 4 sans avoir à ouvrir le dispositif de mesure et modifier les flux thermiques sur la paroi externe de l’enceinte 2 ce qui peut modifier la température de l’enceinte 2 et donc modifier la rampe de température appliqué sur l’échantillon ou sur une partie de l’échantillon.The first optical device and the second optical device each have sets of lenses which are configured to move relative to each other and which are each actuated by a motor so that switching from one first or second lens to another is automated and indexed. It is then possible to quickly change the magnification applied by the projector 3 as well as the magnification applied by the camera 4 without having to open the measurement device and modify the heat fluxes on the external wall of the enclosure 2 which can modify the temperature of chamber 2 and therefore modify the temperature ramp applied to the sample or to part of the sample.

Cette configuration évite également de devoir placer l’enceinte dans une gamme de température qui est compatible avec la manutention des optiques par un opérateur. Par exemple, si la température de l’enceinte est supérieure à 60°C, les risques de brûlures doivent être pris en compte et l’opérateur doit être équipé spécialement ce qui rend le démontage et le montage d’une nouvelle optique plus compliquée. Il est alors difficile de changer l’optique rapidement. Le problème est identique lorsque l’enceinte est soumise à de faibles températures.This configuration also avoids having to place the enclosure in a temperature range which is compatible with the handling of the optics by an operator. For example, if the temperature of the enclosure is higher than 60 ° C, the risk of burns must be taken into account and the operator must be specially equipped, which makes disassembly and assembly of new optics more complicated. It is therefore difficult to change the lens quickly. The problem is the same when the enclosure is subjected to low temperatures.

En utilisant différents jeux de lentilles qui sont déjà installés dans le dispositif de mesure 1 et qui sont configurée pour s'installer le long de l'axe optique de la caméra 4 et/ou du projecteur 3, il est possible de gagner un temps précieux en remplaçant simplement une première ou deuxième lentille par une autre.By using different sets of lenses which are already installed in the measuring device 1 and which are configured to be installed along the optical axis of the camera 4 and / or the projector 3, it is possible to save precious time by simply replacing a first or second lens with another.

De manière particulièrement avantageuse, les jeux de lentilles sont configurés pour se déplacer en translation ou en rotation dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de la caméra 4 et/ou du projecteur 3. Cette configuration permet une installation rapide et aisée d’un jeu de lentilles. Ceci peut être appliqué pour le premier dispositif optique ainsi que pour le deuxième dispositif optique.In a particularly advantageous manner, the sets of lenses are configured to move in translation or in rotation in a plane perpendicular to the optical axis of the camera 4 and / or of the projector 3. This configuration allows a quick and easy installation of a set of lenses. This can be applied for the first optical device as well as for the second optical device.

Dans un mode de réalisation particulier, le premier dispositif optique comporte un barillet 8a qui est configuré pour comporter plusieurs premières lentilles différentes. Dans un autre mode de réalisation particulier, le deuxième dispositif optique comporte un barillet 8b qui est configuré pour comporter plusieurs deuxièmes lentilles différentes. Ce mode de réalisation est particulièrement facile à réaliser et permet une indexation aisée des différents jeux de lentilles.In a particular embodiment, the first optical device comprises a barrel 8a which is configured to comprise several different first lenses. In another particular embodiment, the second optical device comprises a barrel 8b which is configured to comprise several different second lenses. This embodiment is particularly easy to perform and allows easy indexing of the different sets of lenses.

Il est également avantageux de prévoir l'utilisation d'un circuit de commande qui est configuré pour changer la lentille active du jeu de premières lentilles du premier dispositif optique en réponse à une commande utilisateur. Le circuit de commande est également configuré pour changer la lentille active du jeu de deuxièmes lentilles du deuxième dispositif optique lorsque le premier dispositif optique change de grossissement.It is also advantageous to provide for the use of a control circuit which is configured to change the active lens of the set of first lenses of the first optical device in response to a user command. The control circuit is also configured to change the active lens of the second lens set of the second optical device when the first optical device changes in magnification.

Le circuit de commande est relié au premier dispositif optique et au deuxième dispositif optique afin d’engager un changement de grossissement en réponse à une action de l’utilisateur. Le circuit de commande possède une commande utilisateur qui est disposée hors de l’enceinte et hors de l’espace de déplacement de la caméra 4 et du projecteur 3.The control circuit is connected to the first optical device and to the second optical device in order to initiate a change in magnification in response to an action by the user. The control circuit has a user control which is arranged outside the enclosure and outside the movement space of the camera 4 and the projector 3.

De manière avantageuse, le dispositif de mesure définit un volume fermé à l’intérieur duquel se trouve l’enceinte 2, le projecteur 3 et la caméra 4. Les premières et deuxièmes lentilles se déplacent dans ce volume fermé. La console utilisateur se trouve à l’extérieur de ce volume fermé.Advantageously, the measuring device defines a closed volume inside which is the enclosure 2, the projector 3 and the camera 4. The first and second lenses move in this closed volume. The user console is outside this closed volume.

De cette manière, une seule action de l’utilisateur permet d’adapter la résolution de la lumière structurée appliquée par le projecteur 3 et la résolution de la caméra 4 destinée à observer la lumière structurée. Les couples de jeux de lentilles étant enregistrés dans le circuit de commande, la performance optique de la caméra 4 est automatiquement adaptée à la performance optique 3 du projecteur 3 ce qui évite les risques d’erreur. Dans un mode de réalisation, le circuit de commande est configuré pour définir un couple particulier d’une lentille du jeu de premières lentilles et d’une lentille du jeu de deuxièmes lentilles. Ainsi, l’utilisateur choisit une surface d’analyse et/ou une résolution en Z et le circuit de commande définit quel couple de première et deuxième lentilles doit être utilisé.In this way, a single user action makes it possible to adapt the resolution of the structured light applied by the projector 3 and the resolution of the camera 4 intended to observe the structured light. Since the pairs of sets of lenses are recorded in the control circuit, the optical performance of the camera 4 is automatically adapted to the optical performance 3 of the projector 3, which avoids the risk of error. In one embodiment, the control circuit is configured to define a particular pair of a lens from the set of first lenses and a lens from the set of second lenses. Thus, the user chooses an analysis surface and / or a resolution in Z and the control circuit defines which pair of first and second lenses should be used.

Les positions des différentes lentilles étant enregistrées et indexées, le basculement d’un jeu de lentilles à un autre est plus rapide ce qui facilite la réalisation de plusieurs mesures avec des grossissements différent lors d’une même rampe en température ce qui est impossible avec les dispositifs de l’art antérieur.The positions of the different lenses being recorded and indexed, switching from one set of lenses to another is faster, which makes it easier to carry out several measurements with different magnifications during the same temperature ramp, which is impossible with prior art devices.

Dans une configuration particulière, le premier dispositif optique comporte une pluralité de premières lentilles présentant des distances focales différentes les unes par rapport aux autres. Le dispositif de mesure 1 comporte un premier moyen de déplacement 9a qui est configuré pour déplacer le premier dispositif optique selon l’axe optique du projecteur 3 et selon une pluralité de positions prédéfinies. Le circuit de commande est configuré pour disposer le premier dispositif optique à une position prédéfinie telle qu’un point focal du premier jeu de lentilles soit disposé à la surface de l’échantillon.In a particular configuration, the first optical device comprises a plurality of first lenses having different focal distances from each other. The measuring device 1 comprises a first displacement means 9a which is configured to move the first optical device along the optical axis of the projector 3 and according to a plurality of predefined positions. The control circuit is configured to arrange the first optical device in a predefined position such that a focal point of the first set of lenses is placed on the surface of the sample.

De manière particulièrement avantageuse, le moyen de déplacement 9a du premier dispositif optique est également configuré pour déplacer le projecteur 3 afin que la distance entre le projecteur 3 et le premier dispositif optique soit sensiblement constante pour toutes les premières lentilles. Avec une telle configuration, il est plus facile de placer les premières lentilles du dispositif optique à leur position optimale le long de l’axe optique. Le premier moyen de déplacement 9a est motorisé et la position du premier dispositif optique par rapport à la surface de l’échantillon ou par rapport à la surface du porteéchantillon est enregistrée dans le circuit de commande. Ainsi, lors du choix d’une première lentille, le circuit de commande définit également sa distance par rapport à l’échantillon selon l’axe optique du projecteur 3.In a particularly advantageous manner, the displacement means 9a of the first optical device is also configured to move the projector 3 so that the distance between the projector 3 and the first optical device is substantially constant for all the first lenses. With such a configuration, it is easier to place the first lenses of the optical device in their optimal position along the optical axis. The first displacement means 9a is motorized and the position of the first optical device relative to the surface of the sample or relative to the surface of the sample holder is recorded in the control circuit. Thus, when choosing a first lens, the control circuit also defines its distance from the sample along the optical axis of the projector 3.

Il en est avantageusement de même pour la caméra 4 et le deuxième dispositif optique qui sont associés à un deuxième moyen de déplacement 9b. Le deuxième moyen de déplacement 9b est motorisé et la position du deuxième dispositif optique par rapport à la surface de l’échantillon ou par rapport à la surface du porte-échantillon est enregistrée dans le circuit de commande.It is advantageously the same for the camera 4 and the second optical device which are associated with a second displacement means 9b. The second displacement means 9b is motorized and the position of the second optical device relative to the surface of the sample or relative to the surface of the sample holder is recorded in the control circuit.

Ainsi, lorsque l’utilisateur décide de modifier la résolution en Z de la mesure, le circuit de commande modifie les premier et deuxième dispositifs optiques et il modifie également leurs positions dans l’espace à l’intérieur du dispositif de mesure.Thus, when the user decides to modify the resolution in Z of the measurement, the control circuit modifies the first and second optical devices and it also modifies their positions in the space inside the measuring device.

L’indexation des positions des premier et deuxième dispositifs optiques et donc du projecteur et de la caméra permet d’adapter le volume interne du dispositif de mesure et donc de réduire son encombrement.The indexing of the positions of the first and second optical devices and therefore of the projector and of the camera makes it possible to adapt the internal volume of the measurement device and therefore to reduce its size.

Les positions dans l’espace du premier dispositif optique et du deuxième dispositif optique sont préenregistrées à l'intérieur du circuit de commande en fonction du jeu de premières lentilles en cours d’utilisation et du jeu de deuxièmes lentilles en cours d’utilisation. Ainsi, l’image représentative de la lumière structurée est automatiquement nette à la surface de l’échantillon et la caméra 4 récupère également une image nette de la surface de l’échantillon. La mesure de la topographie de surface peut être réalisée plus rapidement car il n’est plus nécessaire de réaliser des étapes de mise au point après chaque changement de grossissement.The space positions of the first optical device and the second optical device are prerecorded within the control circuit based on the set of first lenses in use and the set of second lenses in use. Thus, the image representative of the structured light is automatically sharp on the surface of the sample and the camera 4 also obtains a clear image of the surface of the sample. The measurement of the surface topography can be carried out more quickly since it is no longer necessary to carry out focusing steps after each change in magnification.

Les différentes première et deuxième lentilles sont installées sur le dispositif de mesure avant l’application de la rampe en température ce qui permet de calibrer la position des différents couples première et deuxième lentilles et donc d’enregistrer les positions optimales des lentilles pour réaliser une mesure rapide et de qualité.The different first and second lenses are installed on the measurement device before the temperature ramp is applied, which makes it possible to calibrate the position of the different pairs of first and second lenses and therefore to record the optimal positions of the lenses for carrying out a measurement. fast and quality.

Il est particulièrement avantageux d’utiliser une pluralité d’optiques à focale fixe car ces optiques sont plus simples à utiliser et elles permettent d’obtenir un gain de compacité. Cette configuration évite également l’utilisation d’un système muni de zooms qui impose de nombreux compromis techniques avec notamment une limitation de la profondeur de champ et/ou des grossissements accessibles.It is particularly advantageous to use a plurality of fixed focal length optics because these optics are simpler to use and they make it possible to obtain a gain in compactness. This configuration also avoids the use of a system provided with zooms which imposes numerous technical compromises with in particular a limitation of the depth of field and / or accessible magnifications.

Avec une telle configuration, il est possible lors d'une phase de montée en température ou de descente en température de réaliser plusieurs acquisitions en utilisant plusieurs jeux de première et deuxième lentilles différents afin d’acquérir plusieurs mesures avec des résolutions en Z différentes. En d'autres termes, lors d'une montée/descente en température, le premier dispositif optique peut utiliser successivement plusieurs premières lentilles différentes afin d’appliquer plusieurs grossissements de manière consécutive dans le temps.With such a configuration, it is possible during a temperature rise or temperature drop phase to make several acquisitions using several sets of first and second different lenses in order to acquire several measurements with different Z resolutions. In other words, during a rise / fall in temperature, the first optical device can successively use several different first lenses in order to apply several magnifications consecutively over time.

Il est alors possible de mesurer des caractéristiques différentes de l’échantillon lors d’une même phase de montée ou de descente en température. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque l’échantillon se dégrade au fur et à mesure de l’évolution de la température de sorte que la mesure réalisée sur un échantillon lors d’une première rampe en température soit légèrement différente de la mesure du même échantillon dans les mêmes conditions lors de la rampe en température suivante.It is then possible to measure different characteristics of the sample during the same temperature rise or fall phase. This configuration is particularly advantageous when the sample degrades as the temperature changes so that the measurement carried out on a sample during a first temperature ramp is slightly different from the measurement of the same sample in the same conditions during the next temperature ramp.

Afin d’avoir un dispositif de mesure 1 ayant une très bonne agilité thermique, c’est-à-dire qui est capable de chauffer et/ou refroidir rapidement un échantillon et ainsi de suivre un profil en température complexe dans le temps, il est préférable de limiter autant que possible le volume de l’enceinte 2 contenant l’échantillon. Il est donc particulièrement avantageux de disposer la caméra 4 et le projecteur 3 hors de l’enceinte.In order to have a measuring device 1 having very good thermal agility, that is to say which is capable of rapidly heating and / or cooling a sample and thus of following a complex temperature profile over time, it is preferable to limit as much as possible the volume of enclosure 2 containing the sample. It is therefore particularly advantageous to have the camera 4 and the projector 3 outside the enclosure.

Pour obtenir une bonne agilité thermique, il est également préférable de limiter autant que possible le nombre d’éléments se trouvant dans l’enceinte et donc la masse thermique de l’enceinte 2. Il est également avantageux de limiter les fonctionnalités du porte-échantillon se trouvant dans l’enceinte afin de réduire sa masse. De manière avantageuse, le porte-échantillon est dépourvu de moyens de déplacement selon les axes X et Y qui sont deux axes perpendiculaires contenus dans un même plan parallèle à la surface supérieure du porte-échantillon et avantageusement horizontal.To obtain good thermal agility, it is also preferable to limit as much as possible the number of elements being in the enclosure and therefore the thermal mass of the enclosure 2. It is also advantageous to limit the functionality of the sample holder located in the enclosure in order to reduce its mass. Advantageously, the sample holder is devoid of displacement means along the axes X and Y which are two perpendicular axes contained in the same plane parallel to the upper surface of the sample holder and advantageously horizontal.

Il est également avantageux de prévoir que le porte-échantillon soit dépourvu de moyens de déplacement selon l’axe Z pour limiter la masse thermique du porte-échantillon.It is also advantageous to provide that the sample holder is devoid of displacement means along the Z axis to limit the thermal mass of the sample holder.

Il est également avantageux d’éviter un mouvement du porte-échantillon lors d’un cycle thermique, par exemple lors d’une phase de montée ou de descente en température car cela entraîne une déstabilisation de l’échantillon. Le mouvement du porte-échantillon peut entraîner un changement d’assiette et de position de l’échantillon pendant un cycle thermique. Cette modification de la position de l’échantillon complique fortement le traitement des informations recueillies par la caméra voire rend le traitement impossible et notamment la comparaison des topographies à différentes températures. Il apparaît également que le déplacement de l’échantillon peut entraîner une modification du couplage thermique avec les moyens de chauffage et de refroidissement et donc une difficulté à comparer les différentes de topographie.It is also advantageous to avoid movement of the sample holder during a thermal cycle, for example during a temperature rise or fall phase as this results in destabilization of the sample. The movement of the sample holder can cause a change of attitude and position of the sample during a thermal cycle. This modification of the position of the sample greatly complicates the processing of the information collected by the camera or even makes processing impossible and in particular the comparison of topographies at different temperatures. It also appears that the displacement of the sample can lead to a modification of the thermal coupling with the heating and cooling means and therefore a difficulty in comparing the different topographies.

Cette configuration est préférable à une solution où le porte-échantillon peut se déplacer selon l’axe Z pour s’adapter à la distance focale de la lentille utilisée en association avec le projecteur 3 et/ou avec la caméra 4. Cette solution offre également une plus grande liberté dans le choix des lentilles utilisables pour former le premier dispositif optique et le deuxième dispositif optique en autorisant un déplacement indépendant des deux dispositifs optiques l’un par rapport à l’autre.This configuration is preferable to a solution where the sample holder can move along the Z axis to adapt to the focal distance of the lens used in association with the projector 3 and / or with the camera 4. This solution also offers greater freedom in the choice of lenses which can be used to form the first optical device and the second optical device by allowing independent movement of the two optical devices relative to each other.

Afin de faciliter la mesure de plusieurs zones différentes de l’échantillon, il est proposé de monter la caméra 4, le projecteur 3, le premier dispositif optique et le deuxième dispositif optique de manière mobile par rapport à l’enceinte 2, au porte-échantillon et donc à l’échantillon, c’est-à-dire mobile à l’intérieur du dispositif de mesure 2.In order to facilitate the measurement of several different areas of the sample, it is proposed to mount the camera 4, the projector 3, the first optical device and the second optical device in a mobile manner relative to the enclosure 2, to the holder sample and therefore to the sample, that is to say mobile within the measuring device 2.

Cette configuration est particulièrement avantageuse car elle permet de pouvoir réaliser des mesures de l’évolution de la topographie de la surface de l’échantillon dans différentes zones de l’échantillon en déplaçant la caméra 4 et le projecteur 3 sans avoir à déplacer l’échantillon.This configuration is particularly advantageous because it makes it possible to be able to carry out measurements of the evolution of the topography of the surface of the sample in different areas of the sample by moving the camera 4 and the projector 3 without having to move the sample. .

Le dispositif 1 comporte avantageusement un déplaceur qui peut être réalisé par un automate configuré pour déplacer le projecteur 3, la caméra 4, le premier dispositif de déplacement et le deuxième dispositif de déplacement dans au moins une première direction et préférentiellement dans des première et deuxième directions sécantes et encore plus préférentiellement perpendiculaires. Il est avantageux de prévoir un déplacement commun du projecteur 3 avec le premier dispositif optique et/ou le déplacement commun de la caméra avec le déplacement du deuxième optique. Le déplaceur est configuré pour réaliser le déplacement des éléments selon les directions X et/ou Y afin de pouvoir observer les différentes portions de l’échantillon avec la résolution en Z choisie. De manière avantageuse, un déplacement en X ou en Y de la caméra entraine un déplacement identique et synchrone du projecteur et inversement.The device 1 advantageously comprises a displacer which can be produced by an automaton configured to move the projector 3, the camera 4, the first displacement device and the second displacement device in at least one first direction and preferably in first and second directions intersecting and even more preferably perpendicular. It is advantageous to provide for a common displacement of the projector 3 with the first optical device and / or the joint displacement of the camera with the displacement of the second optics. The displacer is configured to move the elements in the X and / or Y directions in order to be able to observe the different portions of the sample with the chosen Z resolution. Advantageously, a displacement in X or in Y of the camera causes an identical and synchronous displacement of the projector and vice versa.

Dans le mode de réalisation particulier illustré aux figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, il est possible d’observer que le déplaceur soit configuré pour déplacer le projecteur 3, la caméra 4, le premier dispositif optique 8a et le deuxième dispositif optique 8b uniquement selon les directions X et Y au moyen de deux glissières orientées respectivement selon les directions X et Y. Le dispositif de mesure 1 comporte également des glissières orientées selon la direction Z de manière à ce que le point focal du premier dispositif optique ou du deuxième dispositif optique soit disposé à la surface de l’échantillon. L’espace de déplacement autorisé pour le projecteur et la caméra est défini par la structure de support qui comporte les glissières et qui est configuré pour être fermé par une pluralité de capots.In the particular embodiment illustrated in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5 and 6, it is possible to observe that the displacer is configured to move the projector 3, the camera 4, the first optical device 8a and the second optical device 8b only in the directions X and Y by means of two slides oriented respectively in the directions X and Y. The measuring device 1 also comprises slides oriented in the direction Z so that the focal point of the first optical device or the second optical device is placed on the surface of the sample. The authorized movement space for the projector and the camera is defined by the support structure which comprises the slides and which is configured to be closed by a plurality of covers.

Dans un mode de réalisation particulier, l’automate est configuré pour déplacer le premier dispositif de déplacement et le deuxième dispositif de déplacement dans un plan parallèle au plan du porte-échantillon supportant l’échantillon. Dans un mode de réalisation préférentiel, l’automate est configuré pour déplacer le premier dispositif de déplacement et le deuxième dispositif de déplacement dans un plan horizontal.In a particular embodiment, the automaton is configured to move the first displacement device and the second displacement device in a plane parallel to the plane of the sample holder supporting the sample. In a preferred embodiment, the controller is configured to move the first movement device and the second movement device in a horizontal plane.

L’automate comporte avantageusement des moyens de guidage qui comportent deux premières glissières 10 agencées dans la partie supérieure du dispositif de mesure de part et d’autre de l’enceinte. Les premières glissières 10 s’étendent suivant une première direction Y’-Y. Les premières glissières sont associées à des deuxièmes glissières 11 qui s’étendent suivant une deuxième direction X’-X.The automaton advantageously comprises guide means which comprise two first slides 10 arranged in the upper part of the measurement device on either side of the enclosure. The first slides 10 extend in a first direction Y’-Y. The first slides are associated with second slides 11 which extend in a second direction X'-X.

Dans un mode de réalisation avantageux illustré aux figures 7 et 8, une soufflante 12 est montée face à la paroi transparente 20. La soufflante est avantageusement montée sur l’enceinte 2.In an advantageous embodiment illustrated in FIGS. 7 and 8, a blower 12 is mounted facing the transparent wall 20. The blower is advantageously mounted on the enclosure 2.

La soufflante 12 est montée de manière à envoyer un flux de gaz sur la face externe de la paroi transparente. Les inventeurs ont observé que lorsque l’enceinte 2 se trouve à haute température, la paroi transparente chauffe l’air qui se trouve dans le dispositif de mesure et génère des mouvements aléatoires de l’air. Ces mouvements aléatoires provoquent des flux d’air chaud et d’air plus froid à la surface de la paroi transparente ce qui se traduit par une modification aléatoire de l’indice de réfraction de l’air dans le chemin optique du projecteur 3 et de la caméra 4. La soufflante 12 permet d’homogénéiser l’air se trouvant dans le chemin optique de la caméra 4 et du projecteur 3 pour réduire les perturbations.The blower 12 is mounted so as to send a gas flow on the external face of the transparent wall. The inventors have observed that when the enclosure 2 is at high temperature, the transparent wall heats the air which is in the measuring device and generates random movements of the air. These random movements cause flows of hot air and cooler air to the surface of the transparent wall, which results in a random modification of the refractive index of the air in the optical path of the projector 3 and of the camera 4. The fan 12 makes it possible to homogenize the air in the optical path of the camera 4 and of the projector 3 to reduce disturbances.

Les inventeurs ont observé que cette modification aléatoire de l’indice de réfraction vient perturber l’image structurée émise par le projecteur avant d’atteindre l’échantillon et vient également perturber l’image captée par la caméra 4. Ces perturbations viennent dégrader la qualité de la mesure.The inventors have observed that this random modification of the refractive index disturbs the structured image emitted by the projector before reaching the sample and also disturbs the image captured by the camera 4. These disturbances degrade the quality of measure.

Une autre solution est d’utiliser une enceinte à paroi externe froide et principalement en ce qui concerne la paroi transparente 2 mais cela représente une solution technologiquement plus complexe et onéreuse.Another solution is to use an enclosure with a cold external wall and mainly with regard to the transparent wall 2, but this represents a technologically more complex and expensive solution.

Il est également intéressant de coupler la soufflante à un dispositif de chauffage, par exemple un chauffage qui peut se présenter sous la forme d’une résistance. Cette configuration permet d’envoyer un air chaud sur la paroi transparente et ainsi éviter la formation d’une fine couche de givre qui pourrait 5 se déposer sur la surface de la paroi transparente lorsque l’enceinte travaille à basse température.It is also advantageous to couple the blower to a heating device, for example a heater which can be in the form of a resistor. This configuration makes it possible to send hot air to the transparent wall and thus avoid the formation of a thin layer of frost which could deposit on the surface of the transparent wall when the enclosure works at low temperature.

Ces deux dernières solutions technologiques peuvent être appliquée à un dispositif de mesure avec des optiques fixes ou mobiles, ainsi qu’à des porte10 échantillons mobiles ou fixes et encore à des dispositifs de mesure dans lequel la caméra et le projecteur sont fixes ou mobiles.These last two technological solutions can be applied to a measurement device with fixed or mobile optics, as well as to mobile or fixed sample holders and also to measurement devices in which the camera and the projector are fixed or mobile.

Claims (7)

Revendicationsclaims 1. Dispositif de mesure de topographie d’une surface d’un échantillon comportant:1. Device for measuring the topography of a surface of a sample comprising: • au moins un projecteur (3) configuré pour émettre une lumière structurée destinée à être pour projetée sur la surface de l’échantillon, • au moins une caméra (4) configurée pour observer ladite lumière structurée projetée à la surface de l’échantillon, • un dispositif de chauffage ou de refroidissement (6) configuré pour appliquer une rampe de température à l’échantillon dans l’enceinte (2), dispositif de mesure caractérisé en ce qu’il comporte :• at least one projector (3) configured to emit structured light intended to be projected onto the surface of the sample, • at least one camera (4) configured to observe said structured light projected onto the surface of the sample, • a heating or cooling device (6) configured to apply a temperature ramp to the sample in the enclosure (2), a measuring device characterized in that it comprises: • un premier dispositif optique (8a) disposé selon l’axe optique du projecteur (3) entre le projecteur (3) et l’échantillon, le premier dispositif optique (8a) présentant plusieurs grossissements différents au moyen de plusieurs premières lentilles distinctes, les premières lentilles étant montées mobiles les unes par rapport aux autres afin de fournir différentes résolutions de la lumière structurée, • un deuxième dispositif optique (8b) disposé selon l’axe optique de la caméra (4) entre la caméra (4) et l’échantillon, le deuxième dispositif optique (8b) présentant plusieurs grossissements différents au moyen de plusieurs deuxièmes lentilles distinctes, les deuxièmes lentilles étant montées mobiles les unes par rapport aux autres afin de fournir différentes résolutions de la caméra (4).• a first optical device (8a) disposed along the optical axis of the projector (3) between the projector (3) and the sample, the first optical device (8a) having several different magnifications by means of several first distinct lenses, the first lenses being mounted movable with respect to each other in order to provide different resolutions of structured light, • a second optical device (8b) arranged along the optical axis of the camera (4) between the camera (4) and the sample, the second optical device (8b) having several different magnifications by means of several separate second lenses, the second lenses being mounted movable with respect to each other in order to provide different resolutions of the camera (4). 2. Dispositif de mesure (1) selon la revendication 1, comportant une enceinte (2) destinée à recevoir l’échantillon, le dispositif de chauffage ou de refroidissement (6) étant configuré pour moduler la température à l’intérieur de l’enceinte (2), dispositif de mesure (1) dans lequel le projecteur (3), la caméra (4) et les premier et deuxième dispositifs optiques (8a, 8b) sont disposés hors de l’enceinte (2).2. Measuring device (1) according to claim 1, comprising an enclosure (2) intended to receive the sample, the heating or cooling device (6) being configured to modulate the temperature inside the enclosure (2), measuring device (1) in which the projector (3), the camera (4) and the first and second optical devices (8a, 8b) are arranged outside the enclosure (2). 3. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel :3. Measuring device (1) according to any one of the preceding claims, in which: - le premier dispositif optique (8a) comporte un moteur configuré pour modifier la lentille active parmi les premières lentilles,the first optical device (8a) comprises a motor configured to modify the active lens from among the first lenses, - le deuxième dispositif optique (8b) comporte un moteur configuré pour modifier la lentille active parmi les deuxièmes lentilles,the second optical device (8b) comprises a motor configured to modify the active lens from among the second lenses, - un circuit de commande connecté au premier dispositif optique (8a) et au deuxième dispositif optique (8b) et configuré pour changer la lentille active parmi les premières lentilles et pour changer la lentille active parmi les deuxièmes lentilles en réponse à une instruction d’un utilisateur, le circuit de commande étant configuré pour faire évoluer les grossissement des premières et deuxièmes lentilles actives de la même manière.- a control circuit connected to the first optical device (8a) and to the second optical device (8b) and configured to change the active lens among the first lenses and to change the active lens among the second lenses in response to an instruction from a user, the control circuit being configured to change the magnification of the first and second active lenses in the same way. 4. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier dispositif optique (8a) comporte une pluralité de premières lentilles présentant des distances focales différentes les unes par rapport aux autres et dans lequel le dispositif de mesure comporte un moyen de déplacement (9a) du premier dispositif optique (8a) selon l’axe optique du projecteur (3) selon une pluralité de positions différentes prédéfinies, le circuit de commande étant configuré pour disposer le premier dispositif optique (8a) à une position prédéfinie telle qu’un point focal de la lentille active des premières lentilles soit disposé à la surface de l’échantillon.4. Measuring device (1) according to any one of the preceding claims, in which the first optical device (8a) comprises a plurality of first lenses having different focal distances with respect to each other and in which the measuring device comprises means for moving (9a) the first optical device (8a) along the optical axis of the projector (3) according to a plurality of different predefined positions, the control circuit being configured to arrange the first optical device (8a) at a predefined position such that a focal point of the active lens of the first lenses is disposed on the surface of the sample. 5. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième dispositif optique (8b) comporte une pluralité de deuxièmes lentilles configurées pour présenter des distances focales différentes les unes par rapport aux autres et dans lequel le dispositif de mesure (1) comporte un moyen de déplacement (9b) du deuxième dispositif optique (8b) selon l’axe optique de la caméra (4) selon une pluralité de positions différentes prédéfinies, le circuit de commande étant configuré pour disposer le deuxième dispositif optique (8b) à une position prédéfinie 5 telle qu’un point focal de la lentille active des deuxièmes lentilles soit disposé à la surface de l’échantillon.5. Measuring device (1) according to any one of the preceding claims, in which the second optical device (8b) comprises a plurality of second lenses configured to have different focal distances from each other and in which the device measurement (1) comprises a means of displacement (9b) of the second optical device (8b) along the optical axis of the camera (4) according to a plurality of different predefined positions, the control circuit being configured to arrange the second device optical (8b) at a predefined position 5 such that a focal point of the active lens of the second lenses is disposed on the surface of the sample. 6. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la caméra (4), le projecteur (3), le premier dispositif6. Measuring device (1) according to any one of the preceding claims, in which the camera (4), the projector (3), the first device 10 optique (8a) et le deuxième dispositif optique (8b) sont montés sur un déplaceur (10) configuré pour déplacer simultanément le premier dispositif optique (8a) avec le projecteur (3) et/ou le deuxième dispositif optique (8b) avec la caméra (4) selon une direction ou deux directions distinctes parallèles à la surface de l’échantillon.10 optical (8a) and the second optical device (8b) are mounted on a displacer (10) configured to simultaneously move the first optical device (8a) with the projector (3) and / or the second optical device (8b) with the camera (4) in one direction or two separate directions parallel to the surface of the sample. 7. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une soufflante (11) configurée pour appliquer un flux de gaz à la surface externe d’une paroi transparente (20) de l’enceinte (2), l’axe optique du projecteur (3) et l’axe optique de la caméra traversant la7. Measuring device (1) according to any one of the preceding claims, comprising a blower (11) configured to apply a flow of gas to the external surface of a transparent wall (20) of the enclosure (2), the optical axis of the projector (3) and the optical axis of the camera passing through the 20 paroi transparente (20).20 transparent wall (20).
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